[发明专利]一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法

说明书

本发明公开了一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法。该方法的步骤如下：(1)借助等温热压缩实验，获得变形后的含Nb镍基合金试样；(2)统计不同变形工艺参数条件下含Nb镍基合金变形试样中δ相的剩余含量；(3)建立预测变应变速率变形过程中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的数学模型；(4)通过数值差分和迭代累加的方法，实现变应变速率工况下含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的预测。本发明是一种可以准确预测变应变速率工况下热变形中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的方法，对合理制定含Nb镍基合金热加工工艺提供了技术支撑。

技术领域

本发明属于锻造技术领域，涉及一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法。

背景技术

含Nb镍基合金具有优异的高温力学性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，被广泛地应用于航空航天、交通运输以及核工业等领域。在热变形中，含Nb镍基合金微观组织的演变显著受到变形历史和工艺参数的影响，进而对含Nb镍基合金结构件的性能产生极大的影响。δ相为含Nb镍基合金中典型的析出相，与基体的晶格关系为半共格或不共格；在含Nb镍基合金热变形中，δ相可显著激发动态再结晶形核和抑制晶粒的长大，达到细化晶粒的效应。在含Nb镍基合金结构件适当保留一部分δ相，有利于增加裂纹扩展的路径和消耗形变能，抑制裂纹的扩展，促使蠕变性能得到提升。但是，过多的δ相将引起含Nb镍基合金在热变形中局部应力集中，导致含Nb镍基合金构件性能的降低。因此，定量预测含Nb镍基合金热变形中δ相的动态溶解行为具有重要意义。

目前，对含Nb镍基合金中δ相的溶解行为的相关研究主要集中在两个方面：无外力作用状态下的静态溶解行为和恒应变速率热变形中动态溶解行为。δ相的静态溶解过程主要包括δ相的分解和扩散过程，该过程受到保温温度和时间的影响。在热变形中，位错在δ相周围塞积形成高密度位错网/胞，导致δ相表面出现局部应力分布不均匀，进而出现弯曲和扭断现象；同时，位错可成为铌元素的快速扩散通道，加剧δ相的快速溶解。现有的预测热变形含Nb镍基合金中δ相动态溶解动力学仅可预测恒应变速率工况下热变形δ相的动态溶解规律，难以预测非恒应变速率工况下含Nb镍基合金中δ相的动态溶解动力学。因此，本发明充分考虑了变应变速率热变形中变形历史以及变形工艺参数对δ相动态溶解体积分数的影响，提出了一种预测变应变速率热变形含Nb镍基合金中δ相动态溶解体积分数的方法。该方法的发明和推广应用对有效地预测和控制含Nb镍基合金中δ相的剩余含量，为含Nb镍基合金模锻工艺的制定提供了技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法，解决了现有预测方法应用范围狭窄,难以满足工程化应用的需求，为合理制定含Nb镍基合金热加工工艺提供技术支撑。

本发明具体的步骤是：

步骤1：借助高温压缩变形实验，获得不同变形工艺参数条件下含Nb镍基合金的真应力-真应变曲线，并通过水淬保留热变形后的微观组织；

步骤2：观察分析高温变形后含Nb镍基合金的微观组织，统计不同变形工况条件下含Nb镍基合金中δ相的剩余含量；

步骤3：建立可预测变应变速率高温变形过程含Nb镍基合金中δ相动态溶解动力学的模型为：

式中：X_δ,N为变形结束后含Nb镍基合金中δ相的溶解体积分数，X_δ为变形过程中含Nb镍基合金中δ相的溶解体积分数，ε为真应变，ε_i和ε_i-1分别为第i和i-1变形阶段结束时对应的真应变，k_δ、m_δ、n_k、n_m、 Q_δ与Q'_δ为材料参数，R为通用气体常数(8.314J·mol^-1·K^-1)；

步骤4：预测含Nb镍基合金变应变速率高温变形过程中δ相的动态溶解体积分数。